Wstęp

Warto jednak zwrócić uwagę, jak wygląda element kontroli procesu pom­powania w skali przemysłowej - ujmując w tym energety­kę. Wydaje się, że możliwości - w skrócie nazywając je sprzętowymi - są bardzo duże. Ale czy w należyty sposób są wykorzystywane? Na to pytanie spróbujemy odpowie­dzieć w niniejszym artykule, argumentując za zasadnością monitoringu.

 

Kontrola procesu pompowania jest ważna, a będzie... jeszcze ważniejsza

Standardem w kontroli pomp stosowanym w energetyce i przemyśle jest monitoring wybranych parametrów, których utrzymanie gwarantuje pracę układu lub pompy w polu technologicznym bezpiecznej pracy. Do takich parametrów należeć mogą np. drgania maszyny bądź parametr prze­pływu, ciśnienia czy też np. obciążenie prądowe silnika pompy. Stosunkowo rzadko analizuje się ekonomię pracy pompy, ujętą w postaci charakterystyki sprawności bądź mocy nawale.

 

Rys. 1. Wyniki analizy LCC dla średniej wielkości pompy

 

Bazując na wielkościach podanych w [1], odwołujących się do średniej wielkości pompy, stwierdza się, że najwięk­szą pozycję w cyklu jej życia stanowią koszty pompowania. Wraca zatem pytanie, czy są one z należytą powagą traktowane, a uściślając - czy w należyty sposób są wykorzysty­wane możliwości, jakie daje wyposażenie obiektowe?

Patrząc na uwarunkowania związane z długofalowym trendem kształtowania się cen energii – pomimo aktual­nych, stosunkowo niskich cen dla odbiorcy przemysłowe­go –w perspektywie spodziewać się można ich znaczące­go wzrostu. Nowelizacje prawa unijnego, implementowane w krajowym prawodawstwie, w sposób jednoznaczny skła­niać będą do oszczędzania energii i lepszej dbałości o efek­tywność jej wykorzystania. Zatem prognozuje się, że w naj­bliższych latach odbiorcy w sektorze energetyki i przemysłu z większym zainteresowaniem będą traktować systemy bie­żącej kontroli pracy układów pompowych.

 

Co mamy do dyspozycji i jak to wykorzystujemy?

Aby prowadzić monitoring jakiegokolwiek układu techno­logicznego, istotnych jest kilka elementów, wśród których najważniejsze jest wyposażenie danego układu w aparatu­rę kontrolno-pomiarową, generującą rzetelne dane pomia­rowe. Porównując różne gałęzie przemysłu – na podstawie audytów energetycznych zrealizowanych tam przez ENER-GOPOMIAR – stwierdza się, że z najbardziej komfortową sytuacją w tym względzie mamy do czynienia w energety­ce cieplnej i zawodowej, a także w przedsiębiorstwach wodno-kanalizacyjnych. Winnych branżach instalacje i ukła­dy są zwykle gorzej opomiarowane.

Bardzo dobrym przykładem zazwyczaj bogatego opomiarowania są pompy zasilające, pracujące na potrzeby kotłów energetycznych. Urządzenia te należą do najbardziej energochłonnych w obszarze instalacji potrzeb własnych w energetyce, ale i w skal i przemysłowej są jednym i z więk­szych, powszechnie spotykanych odbiorców energii. W urzą­dzeniach tych przeważnie mamy do czynienia z komplek­sowym opomiarowaniem, do którego należy:

•   pomiar ciśnień ssania i tłoczenia,

•   pomiar temperatur na ssaniu i tłoczeniu,

•   pomiar wydajności,

•   pomiar wielkości elektrycznych prądów i napięć, a czę­sto również mocy pobieranej przez silnik,

•   pomiar prędkości obrotowej pompy (ten pomiar nie zawsze występuje).

 

Monitoring pomp zasilających bloków 200 MW

Kompleksowy system monitoringu pomp zasilających, który wyznaczałby na bieżąco podstawowe parametry przepły­wowe pompy w czasie i wyliczał bieżącą odchyłkę w sto­sunku do charakterystyki producenta, a wiec w użyteczny sposób element ten wykorzystywał, nie pracuje w żadnej elektrowni. Spotykane rozwiązania ograniczają się jedynie do wizualizacji bieżącego punktu pracy w bezpiecznym polu pracy pompy. Rodzi się zatem kolejne pytanie - czy para­metrów tych nie warto monitorować? Na to pytanie spró­bujemy odpowiedzieć wprost poprzez przedstawienie rze­czywistych danych, stanowiących zestawienie pomp zasilających, jakie zostały poddane pomiarom w ostatnich latach na blokach typoszeregu 200 MW (przypomnijmy, że na tego typu blokach zainstalowane są trzy pompy, z czego do uzyskania mocy znamionowej bloku przy należytym sta­nie technicznym pomp wystarczająca jest praca dwóch).

 

Rys. 2. Zestawienie wyników odchyłki zuży­cia energii w stosunku do wartości z charakte­rystyki producenta dla punktu znamionowego, wyrażone kosztem energii.

 

Na wykresie (rys. 2) przedstawiono wyniki pomiarów i wyznaczoną na ich podstawie odchyłkę zwiększonego zuży­cia energii od wartości z charakterystyki producenta dla wydajności znamionowej. W celu ujednolicenia porównania przyjęto koszt energii do zasilania silników pomp na pozio­mie 150 zł/MWh. Jeżeli przyjąć, że szacunkowy koszt remon­tu tego typu pompy, który przywróci jej parametry bliskie fabrycznym, kształtuje się na poziomie ok. 400 tyś. zł, to patrząc na wykres, zasadne wydaje się pilne przekazanie sporej liczby pomp do remontu. Podchodząc do liczenia wskaźników ekonomicznych, należy jednak brać pod uwagę rzeczywisty czas pracy pompy w roku - do niniejszej anali­zy przyjęto, że jest to 7000 godzin. Przy typowym prowadze­niu bloku pompy są zazwyczaj równo obciążane godzinowo, co trochę zmienia wynik wyliczeń i samej analizy zasadno­ści działań remontowych. Pod rozwagę poddaje się propo­zycję, aby np. kontrolą zmierzającą do utrzymania wysokiej sprawności pomp objąć tylko dwa agregaty, które pracowa­łyby w podstawie. Trzeci, remontowany w przypadku koniecz­ności (nie ze względu na aspekt sprawnościowy), utrzymy­wany byłby wstanie gotowości ruchowej i stanowił jedynie rezerwę na wypadek awarii jednej z pomp podstawowych.

 

Jak monitorować układy pompowe?

Monitoring pracy układów pompowych -jak każde działanie inwestycyjne - niesie za sobą koszty i ważne jest, aby były one odpowiednio pozycjonowane w stosunku do potencjalnych korzyści, jakie z tytułu tego monitoringu możemy osiągnąć.

Poziom podstawowy polega na monitorowaniu bieżą­cego punktu pracy. Funkcjonalności takiego systemu monitoringu sprowadzają się do wyznaczenia charakte­rystyk przepływowych danej pompy i odnoszenia aktual­nych wartości do charakterystyk fabrycznych. Tego typu rozwiązanie może się okazać wystarczające dla układów pompowych nieregulowanych, pracujących praktycznie w jednym punkcie. Wyniki analizy w postaci odchyłki sprawności czy mocy na wale łatwo odnieść do rzeczywi­stego kosztu odniesionego do rocznego profilu obciążenia urządzenia.

 

Rys. 3. Przykładowa charakterystyka współpracy pomp z układem w różnych konfiguracjach charakterystyki oporów układu technolo­gicznego

 

Sytuacja jest nieco inna w przypadku układu o zmiennej charakterystyce oporów, np. jak przedstawiona na rys. 3. Zmienna charakterystyka oporów implikuje nam kilka moż­liwych do realizacji wariantów pracy pomp w odpowiedzi na zmieniające się zapotrzebowanie ze strony odbiorców. Tego typu zagadnienie wymaga już kompleksowego podejścia, ujmującego wiele zagadnień technicznych, jak np. dostęp­ność urządzeń, specyfika danej pompy w warunkach jej włączania i odstawiania, współpraca pomp posiadających regulację z tymi, które jej nie posiadają itd. Zadanie to wyma­ga zazwyczaj zastosowania optymalizatora, który przeważ­nie jest projektowany na miarę możliwości obiektowych i oczekiwań klienta.

Rozbudowany optymalizator może posiadać różne moż­liwości wyboru funkcji celu, takich jak:

•   minimalizacja zużycia energii elektrycznej,

•   minimalizacja kosztu pompowania (w obszar optymali­zacji wchodzi wówczas również kwestia pracy urządzeń w ramach taryf obowiązujących na podstawie zawartych umów na dostawę energii elektrycznej),

•   ekonomicznego rozdziału obciążeń i czasu pracy pomp.

Funkcją najbardziej zaawansowaną i bazującą na wylicze­niach dwóch wcześniej opisanych poziomów monitoringu jest zestawienie wyników w kontekście określania w czasie trendu zmienności zapotrzebowania mocy przez pompę.

 

Rys. 4. Przykładowa charakterystyka, obrazująca zmienność w czasie zapotrzebowania na moc potrzebną do pompowania
 

Przykład tego typu analiz został pokazany w sposób uprosz­czony na rys. 4. Tego rodzaju wiedza, zestawiona z progno­zą pracy urządzenia w dowolnym (ale przewidywalnym) okresie, może służyć do określania zasadności wykonywa­nia remontów danego urządzenia. W tym miejscu należy oczywiście przypomnieć, że do podstawowych informacji służących podejmowaniu decyzji remontowych należą dane o stanie dynamicznym urządzenia i innych aspektach rucho­wych, dokumentowanych na podstawie codziennej obsłu­gi urządzeń.

Projektując układ monitoringu, należy każdorazowo indy­widualnie podchodzić do problemu. Finalne rozwiązanie powinno uwzględniać następujące czynniki:

•   specyfika układu technologicznego (zmienności obcią­żeń itd.),

•   dostępność wyposażenia w aparaturę AKPiA,

•   dostępność infrastruktury informatycznej,

•   dostępność zasobów ludzkich zdolnych do wykorzysta­nia możliwości zaimplementowanego optymalizatora.

Należy również dodać, że mając możliwość zdalnego dostę­pu do systemu monitoringu (taką posiadają np. Systemy Technicznej Kontroli Eksploatacji TKE®), można projektować różne konfiguracje funkcjonalności i modelów opty­malizacji pracy pomp. Zawierać one mogą np. rozwiązania bazujące na wynikach pomiarów zbieranych i zapisywanych w bazie danych oraz okresowo realizowanych pomiarach wielkości, które nie są mierzone aparaturą obiektową. Wynik takich analiz w postaci raportu okresowego może być gene­rowany z określoną częstotliwością.

 

Podsumowanie

Analiza audytorska wielu przypadków układów pompowych w obszarze energetyki zawodowej i przemysłu wykazuje, że zasadny jest monitoring tych urządzeń na wyższym pozio­mie, a aspekt kontroli sprawności ich pracy powinien stać się jednym z podstawowych elementów bieżącego nadzo­ru eksploatacji.

Podstawą do zaprojektowania systemu informatycznego, pozwalającego na kontrolę i optymalizację układów pom­powych, powinna być analiza zasadności biznesowej tego typu rozwiązania. Nie zawsze bowiem i nie wszędzie insta­lacja dodatkowej aparatury i wyszukanych aplikacji, pozwa­lających na nadzór i optymalizację układów technologicz­nych, będzie opłacalna, jednakże bardzo często brak tego typu systemu przyczynia się do nieodpowiedniej pracy ukła­du pompowego, a więc generowania strat. Wdrożenie infor­matycznego systemu monitoringu pozwoli ich uniknąć, umożliwi znaczne oszczędności energii, co z kolei przełoży się na wyniki finansowe.

 

Literatura

[1] Szadkowski W, Wpływ niewłaściwego doboru pomp na koszty ich eksploatacji, „Ciepłownictwo, Ogrzewanie, Wentylacja", 2011, nr 10.

 

AUTOR:

mgr inż. Tomasz Słupik „ENERGOPOMlAFTSp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej

KONTAKT:

tslupik@energopomiar.com.pl